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山东大学学报(工学版) ›› 2014, Vol. 44 ›› Issue (5): 7-13.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2013.201

• 控制科学与工程 • 上一篇    下一篇

基于实时以太网的开放式运动控制系统

姬帅, 张承瑞, 孙书仁, 胡天亮   

  1. 山东大学机械工程学院, 山东 济南 250061
  • 收稿日期:2013-07-14 修回日期:2014-05-30 发布日期:2013-07-14
  • 通讯作者: 张承瑞(1957-), 男, 福建福安人, 博士, 教授, 主要研究方向为软件化开放式数控系统和汽车电子技术.E-mail:13969076910@126.com E-mail:13969076910@126.com
  • 作者简介:姬帅(1987-), 男, 山东泰安人, 博士研究生, 主要研究方向为运动控制总线技术和开放式数控系统.E-mail:jishuai@sdu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(51075241)

Motion control system based on real-time ethernet

JI Shuai, ZHANG Chengrui, SUN Shuren, HU Tianliang   

  1. Mechanical Engineering School, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China
  • Received:2013-07-14 Revised:2014-05-30 Published:2013-07-14

PDF (PC)

787

摘要： 为满足开放式数控系统的发展要求,开发了一种基于实时以太网Ethernet for Manufacture Automation Control (EtherMAC)开放式运动控制系统。EtherMAC主节点基于标准工业计算机,无需专用网卡和硬实时操作系统,从节点基于可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)硬件逻辑,不依赖专用芯片,从而在硬件结构上保证了系统的开放性。EtherMAC通过选取网络中第一个从节点管理网络的通讯周期和分布时钟,并利用以太网的巨大带宽将IPC强大运算能力和底层FPGA的硬实时特性高效地结合在一起,使系统主节点在软实时的操作系统支持下即可获得严格实时的通讯周期控制。实验结果表明,EtherMAC可以在Windows CE系统上获得小于1 ms的通讯周期,并且其同步精度可以保证在100 ns范围内,满足多轴运动控制系统的实时同步需求。

关键词: 通讯周期, 可编程逻辑门阵列, 实时以太网, 同步, 运动控制

Abstract: A real-time Ethernet named EtherMAC (Ethernet for Manufacture Automation Control) was developped for open computer numerical control system. A standard industrial personal computer (IPC) based master node and field programmable gate array (FPGA) based slave nodes were employed in EtherMAC, as neither dedicated network interface card (NIC) nor application specific integrated circuit (ASIC) chips were mandatory, the system was open in hardware architecture. The computation ability of IPC and hard real-time property of FPGA were combined together with Ethernet in this way. By adopting the first slave node to manage the communication and distributed clock, time critical performance could be achieved even the master node only with soft real-time performance. Experimental results showed that communication period less than 1 ms and synchronization precision within 100 ns could be achieved by EtherMAC, which were enough for motion control systems demanded critical real-time and synchronization.

Key words: synchronization, field programmable gate array, motion control, real-time Ethernet, communication period

中图分类号: 

  • TH16
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